本實(shí)用新型涉及輸電線路故障保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種鐵芯結(jié)構(gòu)及超導(dǎo)限流器。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)限流器是一種解決電網(wǎng)短路電流超標(biāo)問題的有效措施。目前，國內(nèi)外正在加快各種超導(dǎo)限流器的設(shè)備研制和應(yīng)用研究，其中飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器具有原理清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、滿足電網(wǎng)自動(dòng)重合閘運(yùn)行要求，且用于產(chǎn)生直流勵(lì)磁磁通的超導(dǎo)繞組制作比較容易等優(yōu)勢(shì)，成為超導(dǎo)限流器技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

超導(dǎo)限流器采用串聯(lián)方式接入電力傳輸線路。正常運(yùn)行時(shí)，直流電源為超導(dǎo)繞組提供勵(lì)磁電流，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的偏置磁場(chǎng)，使2個(gè)交流側(cè)鐵芯均處于深度飽和狀態(tài)。此時(shí)，交流側(cè)鐵芯上的交流繞組處于低感抗?fàn)顟B(tài)，超導(dǎo)限流器呈現(xiàn)很小的穩(wěn)態(tài)阻抗值。而當(dāng)線路發(fā)生短路故障發(fā)生時(shí)，短路電流迅速增大，達(dá)到正常運(yùn)行電流數(shù)倍甚至數(shù)十倍，從而使兩個(gè)交流側(cè)鐵芯柱在一個(gè)工頻周期內(nèi)交替退出飽和，退飽和后的鐵芯磁導(dǎo)率迅速增大，使交流繞組處于高感抗?fàn)顟B(tài)，超導(dǎo)限流器呈現(xiàn)較大的阻抗值，從而有效限制短路電流幅值。

為盡量降低該超導(dǎo)限流器正常工作時(shí)的穩(wěn)態(tài)阻抗，目前普遍采用的方式是增強(qiáng)直流勵(lì)磁系統(tǒng)的安匝數(shù)，到達(dá)為交流安匝數(shù)峰值的2倍以上，通過強(qiáng)大的直流勵(lì)磁磁通使得起“去磁”作用的交流側(cè)鐵芯柱達(dá)到飽和狀態(tài)。譬如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710097088.3的發(fā)明專利，就提出了一種用于飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器的不等截面鐵芯結(jié)構(gòu)，通過大截面段鐵芯將直流勵(lì)磁磁通送到小截面段的交流側(cè)鐵芯，但由于小截面鐵芯長度過大，當(dāng)小截面段鐵芯飽和后，大量磁通會(huì)通過鐵芯外部空間、鐵芯夾件和油箱壁等形成回路，產(chǎn)生嚴(yán)重的漏磁通。

由于漏磁通含有大量垂直磁場(chǎng)分量，而超導(dǎo)帶材的臨界電流由垂直磁場(chǎng)影響較大，當(dāng)處于較強(qiáng)的垂直磁場(chǎng)時(shí)，超導(dǎo)帶材的臨界電流會(huì)發(fā)生顯著降低，導(dǎo) 致超導(dǎo)繞組的帶材臨界電流迅速降低60～80％，因此需要大量增加超導(dǎo)帶材使用量，從而顯著提高該超導(dǎo)限流器工程造價(jià)。漏磁通還帶來一個(gè)嚴(yán)重的后果是增加了該超導(dǎo)限流器的損耗。漏磁通在油箱及鐵芯夾件中會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，導(dǎo)致油箱及夾件發(fā)熱，若夾件發(fā)熱嚴(yán)重，其強(qiáng)度降低，將導(dǎo)致鐵芯變形，會(huì)嚴(yán)重影響該超導(dǎo)限流器的可靠性和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，本實(shí)用新型在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種有效降低交流側(cè)漏磁通，降低設(shè)備發(fā)熱損耗，提高設(shè)備工作安全性和可靠性的鐵芯結(jié)構(gòu)及超導(dǎo)限流器。

其技術(shù)方案如下：

一種鐵芯結(jié)構(gòu)，包括：

直流鐵芯柱；

直流勵(lì)磁繞組，所述直流勵(lì)磁繞組套裝于所述直流鐵芯柱的外側(cè)；

第一交流鐵芯組件；

第二交流鐵芯組件，所述第一交流鐵芯組件和所述第二交流鐵芯組件對(duì)稱分列于所述直流勵(lì)磁繞組的兩側(cè)，且所述第一交流鐵芯組件和所述第二交流鐵芯組件包括交流鐵芯柱、及套裝于所述交流鐵芯柱上的交流繞組，所述交流鐵芯柱包括相互串聯(lián)的至少一個(gè)第一芯段及至少一個(gè)第二芯段，所述第一芯段的截面尺寸小于所述第二芯段的截面尺寸。

上述鐵芯結(jié)構(gòu)通過將所述第一交流鐵芯組件和所述第二交流鐵芯組件對(duì)稱分列于所述直流勵(lì)磁繞組的兩側(cè)，將所述交流鐵芯柱設(shè)計(jì)成至少一個(gè)第一芯段與至少一個(gè)第二芯段串聯(lián)聯(lián)接，并同時(shí)保證所述第一芯段的截面尺寸小于所述第二芯段的截面尺寸。當(dāng)短路電流使得交流側(cè)鐵芯工作在飽和狀態(tài)時(shí)，截面較小的第一芯段產(chǎn)生的漏磁通重新導(dǎo)入非飽和狀態(tài)的第二芯段，從而降低漏磁通的垂直磁場(chǎng)分量對(duì)直流勵(lì)磁繞組臨界電流的影響，并減小漏磁通產(chǎn)生的設(shè)備損耗和附件發(fā)熱等問題，從而大幅降低超導(dǎo)限流器的工程造價(jià)，同時(shí)提高設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性。

下面對(duì)技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明：

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一芯段與所述第二芯段的截面尺寸的比值范圍為：1:5～4:5。因而根據(jù)不同規(guī)格和短路情況的工作環(huán)境靈活調(diào)整第一芯段與第二芯段的尺寸比例，可以確保飽和狀態(tài)芯段的漏磁通向非飽和狀態(tài)芯段的充分轉(zhuǎn)移，避免漏磁通對(duì)直流勵(lì)磁繞組產(chǎn)生不利影響。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一芯段與所述第二芯段同軸布置。因而可以保證交流鐵芯柱整體結(jié)構(gòu)的一致性，同時(shí)確保漏磁通傳遞有效和可靠。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，其特征在于，所述第一芯段和所述第二芯段均包括串聯(lián)布置的多個(gè)鐵芯單元件。因而使鐵芯工作產(chǎn)生的渦流在鐵芯單元件配合形成的狹長形回路中，通過較小的截面，從而增大渦流通路上的電阻以減小渦流損耗使渦流。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一交流鐵芯組件和所述第二交流鐵芯組件還包括綁固件，所述綁固件套裝于所述交流鐵芯柱的外側(cè)。因而通過綁固件不僅可以使由多個(gè)鐵芯單元件層疊組成的交流鐵芯結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，同時(shí)還能對(duì)其起到保護(hù)作用，避免外界污物影響其使用壽命。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括對(duì)稱布置的上橫軛和下橫軛，所述上橫軛與所述交流鐵芯柱的一端聯(lián)接，所述下橫軛與所述交流鐵芯柱的另一端聯(lián)接。因而通過上橫軛和下橫軛與兩個(gè)交流鐵芯柱串聯(lián)，可以為直流勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的直流磁通送到交流鐵芯柱提供良好的磁通回路。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述直流勵(lì)磁繞組包括直流繞組、及套裝于所述直流鐵芯柱上的杜瓦容器，所述杜瓦容器具有真空腔室，所述直流繞組設(shè)置于所述真空腔室內(nèi)。因而可以通過真空腔室減小氣體傳熱對(duì)直流繞組的不利影響，確保其工作可靠。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述杜瓦容器還包括液氮作為降溫劑，所述降溫劑設(shè)置于真空腔室內(nèi)。因而通過液氮蒸發(fā)可以有效降低直流繞組工作發(fā)熱，保證直流繞組工作在超導(dǎo)狀態(tài)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括密封組件，所述密封組件套裝于所述直流鐵芯柱上并與所述杜瓦容器密封連接。因而可以避免外界變壓器油滲入杜瓦容器 內(nèi)，確保直流繞組具有安全可靠的工作環(huán)境。

本實(shí)用新型還提供一種超導(dǎo)限流器，其包括如上所述的鐵芯結(jié)構(gòu)，變壓器油和油箱，所述變壓器油和所述鐵芯結(jié)構(gòu)均設(shè)置于所述油箱內(nèi)。

上述超導(dǎo)限流器通過將變壓器油和鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)置于油箱內(nèi)，當(dāng)短路電流使得交流側(cè)鐵芯工作在飽和狀態(tài)時(shí)，截面較小的第一芯段將產(chǎn)生的漏磁通重新導(dǎo)入非飽和狀態(tài)的第二芯段，從而降低漏磁通的垂直磁場(chǎng)分量對(duì)直流勵(lì)磁繞組臨界電流的影響，并減小漏磁通產(chǎn)生的設(shè)備損耗和附件發(fā)熱等問題，從而大幅降低超導(dǎo)限流器的工程造價(jià)，同時(shí)提高設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的鐵芯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

100、直流鐵芯柱，200、直流勵(lì)磁繞組，220、直流繞組，240、杜瓦容器，242、真空腔室，300、第一交流鐵芯組件，400、第二交流鐵芯組件，500、交流鐵芯柱，520、第一芯段，540、第二芯段，600、交流繞組，700、上橫軛，800、下橫軛，900、油箱。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本實(shí)用新型，并不限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

如圖1所示，為本實(shí)用新型展示的一種鐵芯結(jié)構(gòu)，包括直流鐵芯柱100；直流勵(lì)磁繞組200，所述直流勵(lì)磁繞組200套裝于所述直流鐵芯柱100的外側(cè)；第一交流鐵芯組件300；第二交流鐵芯組件400，所述第一交流鐵芯組件300和所述第二交流鐵芯組件400對(duì)稱分列于所述直流勵(lì)磁繞組200的兩側(cè)，且所述第一交流鐵芯組件300和所述第二交流鐵芯組件400包括交流鐵芯柱500、及套裝于所述交流鐵芯柱500上的交流繞組600，所述交流鐵芯柱500包括相互聯(lián)接的至少一個(gè)第一芯段520及至少一個(gè)第二芯段540，所述第一芯段520的截面尺寸 小于或大于所述第二芯段540的截面尺寸。

上述鐵芯結(jié)構(gòu)通過將所述第一交流鐵芯組件300和所述第二交流鐵芯組件400對(duì)稱分列于所述直流勵(lì)磁繞組200的兩側(cè)，將所述交流鐵芯柱500設(shè)計(jì)成至少一個(gè)第一芯段520與至少一個(gè)第二芯段540聯(lián)接，并同時(shí)保證所述第一芯段520的截面尺寸小于或大于所述第二芯段540的截面尺寸。當(dāng)短路電流使得交流側(cè)鐵芯工作在飽和狀態(tài)時(shí)，截面較小的第一芯段520或第二芯段540可以將產(chǎn)生的漏磁通重新導(dǎo)入非飽和狀態(tài)的第二芯段540或第一芯段520，從而降低漏磁通的垂直磁場(chǎng)分量對(duì)直流勵(lì)磁繞組臨界電流的影響，并減小漏磁通產(chǎn)生的設(shè)備損耗和附件發(fā)熱等問題，從而大幅降低超導(dǎo)限流器的工程造價(jià)，同時(shí)提高設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一芯段520和所述第二芯段540均包括層疊布置的多個(gè)鐵芯單元件(圖中未示出)。因而使鐵芯工作產(chǎn)生的渦流在鐵芯單元件配合形成的狹長形回路中，通過較小的截面，從而增大渦流通路上的電阻以減小渦流損耗。其中，鐵芯單元件為硅鋼片；在交流鐵芯柱500加工時(shí)，根據(jù)需要將適當(dāng)數(shù)量的硅鋼片按照左右對(duì)稱的方式進(jìn)行分組均勻分段剪切，再按照切口位置平行布置的原則進(jìn)行層疊操作，從而使疊裝后的交流鐵芯柱500呈現(xiàn)出均勻分段式變截面的鐵芯結(jié)構(gòu)。根據(jù)需要，第一芯段520和第二芯段540的還可以是兩個(gè)或以上的其他數(shù)量，即第一芯段520和第二芯段540呈現(xiàn)交替布置結(jié)構(gòu)。其他實(shí)施方式中，交流鐵芯柱500也可以采用一個(gè)第一芯段520與兩個(gè)第二芯段540交替聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，或者還可以是其他結(jié)構(gòu)方式。一實(shí)施例中，所述第一芯段520與所述第二芯段540同軸布置。因而可以保證交流鐵芯柱500整體結(jié)構(gòu)的一致性，同時(shí)確保漏磁通傳遞有效和可靠。

此外，一實(shí)施例中，所述第一芯段520與所述第二芯段540的截面尺寸的比值范圍為：1:5～4:5。因而根據(jù)不同規(guī)格和短路情況的工作環(huán)境靈活調(diào)整第一芯段520與第二芯段540的尺寸比例，可以確保飽和狀態(tài)芯段的漏磁通向非飽和狀態(tài)芯段的充分轉(zhuǎn)移，避免漏磁通對(duì)直流勵(lì)磁繞組產(chǎn)生不利影響。當(dāng)交流鐵芯柱500的截面為矩形或三角形等形狀時(shí)，上述比值對(duì)應(yīng)于截面面積的比值；當(dāng)交流鐵芯柱500的截面為圓形時(shí)，上述比值對(duì)應(yīng)于直徑的比值，如此通過不 同形狀可以大大豐富鐵芯結(jié)構(gòu)的種類，從而提高其適用范圍。

一實(shí)施例中，所述第一交流鐵芯組件300和所述第二交流鐵芯組件400還包括綁固件，所述綁固件套裝于所述交流鐵芯柱500的外側(cè)。因而通過綁固件不僅可以使由多個(gè)鐵芯單元件層疊組成的交流鐵芯結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，提高疊裝精度，同時(shí)還能對(duì)交流鐵芯柱起到保護(hù)作用，避免外界污物影響其使用壽命。綁固件可以是膠布、絕緣紙等，本實(shí)施例優(yōu)選是膠布。

另外，一實(shí)施例中，上述鐵芯結(jié)構(gòu)還包括對(duì)稱布置的上橫軛700和下橫軛800，所述上橫軛700與所述交流鐵芯柱500的一端聯(lián)接，所述下橫軛800與所述交流鐵芯柱500的另一端聯(lián)接。因而通過上橫軛700和下橫軛800與兩個(gè)交流鐵芯柱500串聯(lián)，可以為直流勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的直流磁通送到交流鐵芯柱500提供良好的磁通回路。此外，上橫軛700和下橫軛800還分別與直流鐵芯柱100的兩端連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流鐵芯柱100的支撐固定。

一實(shí)施例中，所述直流勵(lì)磁繞組200包括直流繞組220、及套裝于所述直流鐵芯柱100上的杜瓦容器240，所述杜瓦容器240具有真空腔室242，所述直流繞組220設(shè)置于所述真空腔室242內(nèi)。因而可以通過真空腔室242減小氣體傳熱對(duì)直流繞組220的不利影響，確保其工作可靠。

一實(shí)施例中，所述杜瓦容器240還包括降溫劑，所述降溫劑設(shè)置于真空腔室242內(nèi)。其中，降溫劑為液氮，直流繞組220完全浸泡于低溫的液氮溶液中以實(shí)現(xiàn)對(duì)其散熱。因而通過液氮蒸發(fā)可以有效降低直流繞組220工作發(fā)熱，保證其工作在超導(dǎo)狀態(tài)。

此外，一實(shí)施例中，上述鐵芯結(jié)構(gòu)還包括密封組件(圖中未示出)，所述密封組件套裝于所述直流鐵芯柱100上并與所述杜瓦容器240密封連接。因而可以避免外界變壓器油滲入杜瓦容器240內(nèi)，確保直流繞組220具有安全可靠的工作環(huán)境。為裝拆方便，杜瓦容器240與直流鐵芯柱100之間存在環(huán)形間隙，密封組件包括兩個(gè)密封膠片及對(duì)應(yīng)數(shù)量的螺栓，兩個(gè)密封膠片分別套裝于直流鐵芯柱100位于杜瓦容器240的兩端，從而實(shí)現(xiàn)端部密封，之后通過螺栓鎖緊，采用螺栓連接不僅裝拆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)便于調(diào)節(jié)密封膠片的位置，實(shí)現(xiàn)不同工況下的可靠密封。

本實(shí)用新型還提供一種超導(dǎo)限流器，其包括如上所述的鐵芯結(jié)構(gòu)，變壓器油和油箱900，所述變壓器油和所述鐵芯結(jié)構(gòu)均設(shè)置于所述油箱900內(nèi)。

上述超導(dǎo)限流器通過將變壓器油和鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)置于油箱900內(nèi)，當(dāng)短路電流使得交流側(cè)鐵芯工作在飽和狀態(tài)時(shí)，截面較小的第一芯段520可以將產(chǎn)生的漏磁通重新導(dǎo)入非飽和狀態(tài)的第二芯段540，從而降低漏磁通的垂直磁場(chǎng)分量對(duì)直流勵(lì)磁繞組臨界電流的影響，并減小漏磁通產(chǎn)生的設(shè)備損耗和附件發(fā)熱等問題，從而大幅降低超導(dǎo)限流器的工程造價(jià)，同時(shí)提高設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性。

上述“第一、第二......”僅用于數(shù)量和物體的區(qū)別指代，并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。